我国购物中心的照明现状与节能潜力评估

吴夏冰，张 昕

(清华大学建筑学院，北京 100084)

引言

照明在零售建筑电力消耗中占有最大比例。根据最新的统计数据，零售照明在美、英两国零售建筑能耗中分别占30.1%和34.0%，在零售建筑电力消耗中分别占42.0%和43.4%，两国零售建筑能耗分别占商业建筑能耗的21.0%和21.4%。而全球商业照明的总能耗占世界总电力消耗的8.17%(2005年统计数据)。针对993栋中国零售建筑的调查结果显示，其占零售建筑电力消耗的比例均值为53.6%。

零售照明的需求在中国增长迅速。中国的零售市场正爆炸性增长，大约占经济总量的14%。中国食品零售市场的销售额从2006年到2011年增长了57.1%，从2011年到2016年预期增长40.2%(Euromonitor international 2012)。根据预测，中国商业照明需求的年均增长率为5.9%，总量将从2002年的1587万亿流明小时增长为2020年的4462万亿流明小时。由于缺少我国基本的零售照明数据，很难明确掌握目前在宏观层面的具体情形。

购物中心是二十世纪以来的全新商业聚集形式，是现阶段零售业发展的重要组成部分，对于购物中心照明现状与节能潜力的评估对于降低零售照明能耗具有重要意义[1-6]。基于大量的实测购物中心照明能耗统计数据，本文对目前我国购物中心照明能耗总体水平及概况特征展开分析，对影响购物中心照明能耗的灯具布置及地域性差异进行详细探讨。

1 研究方法

本文的实测数据来源于32栋分布于全国各地的新建某品牌大型购物中心。自2012年4月1日至2014年2月27日，从全国选取新建的购物中心样本，对其中的商业步行街、百货商店、超市、电器专卖店、地下停车库五种空间类型进行实地测试，测试的基本内容如表1所示。

表1 测试内容Table 1 Test content

所选取的购物中心五类空间总面积从61 840m2到165 755m2不等，平均总面积为105 654m2，购物中心的测试空间概况如表2所示。

表2 测试空间概况Table 2 Spatial profiles

样本在东部、中部、东北及西部均有分布，其中东部样本数据最多，占总数的69%，其他三个区域的样本数据较少。32栋建筑的地理分布如表3所示。

表3 地理分布Table 3 Geographical distribution

2 数据结果

在本部分，将对我国购物中心的整体照明现状进行分析讨论。按商业步行街、百货商店、超市、电器专卖店、地下停车库这五种不同的空间类型对空间概况、光源类型、照明方式、平均照度及照明功率密度分别进行现状总结。

2.1 商业步行街

商业步行街是购物中心的核心交通空间，平均面积为16 035m2。根据32个购物中心的统计结果显示，大部分首层层高为5.7m，少数为5.4m，其他层层高为5.1m。在光源类型的选择上，91%的商业步行街使用了金卤灯，88%使用了T5荧光灯，69%使用了紧凑型荧光灯，50%使用了LED灯，13%使用了卤钨灯。同时，商业步行街普遍采用直接、暗藏灯带的照明方式，而过多的装饰照明是导致商业步行街平均照明功率密度较高的主要原因。据统计数据显示，商业步行街的平均照明功率密度高达12.8W/m2，远超过同一购物中心除百货商店外的其他零售空间。另外，实测国内商业步行街的地面平均照度值为386lx，虽然这一数值低于百货店、超市、电器店等零售空间，但是相比于国外同类型商业步行空间标准照度值的100～200lx，这一数值明显是偏高的。商业步行街照明统计数据如图1所示。

图1 商业步行街平均照度、照明功率密度频率分布直方图Fig.1 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of commercial street

2.2 百货商店

大多数百货商店位于购物中心的一至四层或一至五层，少数百货商店只占购物中心的一层和二层，大部分首层层高为5.7m，少数为5.4m，其他层层高为5.1m。百货商店的光源类型选择与商业步行街类似，91%的百货商店使用了T5荧光灯，75%使用了紧凑型荧光灯，75%使用了金卤灯，41%使用了LED灯，13%使用了卤钨灯。百货商店采用的照明方式也与商业步行街相似，普遍采用的是直接、暗藏灯带的照明方式。百货商店的平均照明功率密度与商业步行街相同，为12.8W/m2。平均照度值为465lx。百货商店照明统计数据如图2所示。

图2 百货店平均照度、照明功率密度频率分布直方图Fig.2 Frequency distribution of everage illumination and lighting power density of department store

2.3 超市

超市通常位于购物中心的地下一层，层高5.4m～6m不等。在光源类型的选择上，91%的超市使用了T5荧光灯，63%使用了金卤灯，47%使用了紧凑型荧光灯，31%使用了LED灯，13%使用了T4荧光灯，13%使用了T8荧光灯，多为直接照明方式，这也是超市平均照明功率密度普遍低于商业步行街与百货商店的主要原因，其平均照明功率密度为9.8W/m2，平均照度为559lx。不同超市的平均照度值在300lx至800lx之间大幅度波动。平均照度的频率峰值分别出现在400lx和600lx附近，600lx左右的超市多为华润万家旗下的华润万家、华润苏果超市等大型高档超市，而其他普通超市的平均照度值则主要集中在400lx上下。照明统计数据如图3所示。

图3 超市平均照度、照明功率密度频率分布直方图Fig.3 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of supermarket

2.4 电器专卖店

电器专卖店是购物中心中所占面积比例最小的零售空间，其空间位置比较灵活，多位于购物中心的二层，与百货商店相邻，少数与超市相邻位于地下一层，层高多为5.1m。在光源类型的选择上，金卤灯与紧凑型荧光灯的使用明显减少，62%使用T8荧光灯，48%的电器专卖店使用了T5荧光灯，28%使用了紧凑型荧光灯，其照明特征与超市相似，均为直接照明方式。平均照度值为475lx，平均照明功率密度为8.7W/m2，二者的频率分布均表现出较大的波动性。电器专卖店统计数据如图4所示。

图4 电器专卖店店平均照度、功率密度频率分布直方图Fig.4 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of appliance store

2.5 地下停车库

地下停车库占据了购物中心的地下一层与地下二层。因所测项目均为新建项目，81%的地下停车场使用了LED灯，50%使用了T5荧光灯，13%使用了紧凑型荧光灯。地下停车场均采用直接照明，平均照度值为86lx，平均照明功率密度也远低于其他四类空间，仅为2.1W/m2。地下停车场照明统计数据如图5所示。

图5 地下停车场平均照度、照明功率密度频率分布直方图Fig.5 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of under grownd parking

2.6 总表

一个完整购物中心由商业步行街、百货商店、超市、电器店、专卖店、电影院、餐厅、地下停车场及其他辅助空间构成。此次测量出于研究需要，主要选择了商业步行街、百货商店、超市、电器店、地下停车场这五类空间。由于具体功能上的差异，五类空间对照明表现出不同的需求，对照明方式的选择与光源类型的选择的差异导致了照度水平及照明功率密度的不同。除地下停车场外，其他四类空间均属于零售空间。各购物中心五类空间的统计数据如表4所示。

表4 五类空间照明数据总表Table 4 Lighting data of five types of space

3 结论

3.1 节能潜力评估

通常对于零售空间照明，节能途径包括合理摆放商品，控制层高，正确选择并执行照明标准，尽量采用直接照明，控制间接照明等装饰照明的使用，选择高光效的照明器材等等。但是，零售空间照明节能不能等同于其他功能型空间的照明节能，其根本原因在于照明水平与零售企业的营业额和利润率密切相关。另外，各类零售空间照明设计的决策者不同，在一栋购物中心之内，商业步行街和百货商店通常是由建筑设计院负责完成的，而超市和电器店通常由零售企业独立完成。基于表4的数据分析，课题组针对不同空间类型初步评估了其节能潜力。

3.1.1 商业步行街

商业步行街的平均地面水平照度达到了386lx，远高于国内外规范限定的100～200lx，到达地面的有效光通为31.9lm/W，是五类空间中最低的。因此，其能耗高的主要原因可以概括为使用较多的装饰照明和追求较高的地面照度。此外，13%的样本仍使用了光效较低的卤钨灯，通过灯具替换也可以获得一定的节能空间。商业步行街的照明设计方为建筑设计院，从操作层面而言，其节能潜力巨大且易于实现，本文3.2将采用模拟的方式具体量化。

3.1.2 百货商店

百货商店的平均功率密度虽然高达12.8W/m2，但仍符合国家标准。到达地面的有效光通量为39.6lm/W，其能耗高的主要原因可以概括为使用较多的装饰照明。但是，属于氛围营造的这部分照明与经营业绩密切相关，无法定性地评估其节能潜力。13%的百货商店使用了光效较低的卤钨灯，通过灯具替换可以获得一定的节能空间。

3.1.3 超市与电器专卖店

超市与电器专卖店的功率密度均符合国家标准，由于主要采取直接照明且选用高光效光源，高照度与低照明功率密度令二者到达地面的每瓦有效光通量较高。其照明设计通常由零售企业根据其自身经营策略而设定，与营业额、利润率以及企业定位密切相关，因此二者的照度、功率密度的离散度均较高。

目前我国照明设计标准仅规定水平照度，并未规定商品照度(或货架垂直照度)。二者的地面水平照度均较高，在目前的能耗水平下，应通过照明器材的选择，将部分到达地面的光通量转移到商品表面。超市的到达地面的每瓦有效光通量的离散度很高，证明众多超市企业在灯具布置和器材选择上仍有一定提升空间，应鼓励这部分企业采用专业照明设计，根据相应的国际和国家标准进行设计。

3.1.4 地下停车场

地下停车场为功能型空间，其照度离散度居中，而功率密度与到达地面每瓦有效光通的离散度均较高，说明在灯具布置和设备选型上仍有一定的节能空间。81%的样本采用LED灯具，而LED的性能指标目前尚未成熟，仍有较大的光效提升空间。

3.2 商业步行街照明节能潜力量化评估

针对使用直接照明方式和降低平均照度这两种方式实际能对降低商业步行街照明功率密度做出多大贡献，我们用Dialux软件进行了如下的模拟计算：

(1)空间模型参照其中一个样本建立，该购物中心的商业步行街实测平均照度为427lx，照明功率密度为13.3W/m2，U1为0.32，U2为0.55；

(2)13个照明方案(不同的光源种类、灯具形式、布置方案)均采用直接照明方式，在保证均匀度高于实测数据平均值(U1为0.32，U2为0.55)的前提下，令商业步行街的平均照度模拟值不低于100lx。

通过多方案比较，试图找到最节能的照明方案节能基准。照明方案与模拟计算结果分别如表5、表6所示。

表5 商业步行街直接照明方案Table 5 Direct lighting scheme of commercial street

续表5

表6 商业步行街直接照明模拟计算结果Table 6 Simulation results of direct lighting scheme of commercial street

由表5、表6数据可知：当商业步行街完全采用直接照明，平均照度值不低于100lx，且U1大于0.32、U2大于0.55时，其平均照明功率密度值(13个方案的均值为4.26W/m2)相比于样本实测均值(12.8 W/m2)存在着巨大的节能空间。模拟方案的照明功率密度最小值仅为2.51 W/m2，所采用的方案为28WT5荧光灯的嵌入式灯带，其均匀度较高，U1值为0.76。选择适当功率的筒灯对提高均匀度、降低照明功率密度作用显著。综上，通过使用直接照明并且降低平均照度标准的方式能有效降低商业步行街的照明功率密度，具有巨大的节能潜力。

3.3 功率密度与地域差异

生活习惯、价值观念和经济水平等地域性差异均可影响购物中心的照度水平和照明功率密度。为了探究购物中心照明功率密度是否存在地域性差异，我们按东部、中部、东北、西部的地域划分方式将32个样本划分为四组，每组求平均值，统计数据如图6所示。

图6 LPD的地域特征和空间类型特征(总计值为四类零售空间的样本均值)Fig.6 The regional and type’s features of LPD (Total value is the sample average of four types of retail space)

把32个购物中心的照明功率密度数据细化并逐个列出，统计数据如图7所示。

图7 LPD的个案特征(总计值为四类零售空间的样本均值)Fig.7 The case features of LPD (Total value is the sample average of four types of retail space)

为进一步探究购物中心照度水平和照明功率密度的地域性差异，课题组进行了如下假设检验。将32个购物中心按地域分布分为两组(东部地区和非东部地区)，各数据的数学表示如表7所示。

表7 东部地区与非东部地区各变量的数学表示Table 7 Variables of Eastern area and non eastern area

(1)建立假设

零假设H0：μ1=μ2(照明功率密度不存在地域性差异)

择一假设H1：μ1≠μ2(照明功率密度存在地域性差异)

(2)找出检验统计量

①当n1+n2=32>30时，检验统计量为：

②当n1+n2=29<30时，检验统计量为：

(3)计算Z和t的观察值

计算结果如表8、表9所示。

表8 Z的观察值计算结果Table 8 Calculations of Z

表9 t的观察值计算结果Table 9 Calculations of t

(4)计算临界域，接受域

给定的显著性水平为α=0.05。

① 当n1+n2=32>30时，查标准正态分布表

查表得Zα/2=Z0.025=1.96，从而可得：

临界域为(-∞,-1.96)和(1.96,+∞)

接受域为(-1.96,1.96)

② 当n1+n2=29<30时,查t分布临界值表

自由度=n1+n2-2=20+9-2=27，

查表得t0.05(27)=2.052，从而可得：

临界域为(-∞,-2.052)和(2.052,+∞)

接受域为(-2.052,2.052)

当Z和t的观察值在接受域范围之内，则拒绝H1：μ1≠μ2，接受H0：μ1=μ2，说明购物中心照度水平或照明功率密度不存在显著的地域性差异；反之, 则拒绝H0：μ1=μ2，接受H1：μ1≠μ2，说明购物中心照度水平或照明功率密度存在显著的地域性差异。

由表8、表9的计算结果可知：除百货商店照度水平、电器专卖店照度水平和照明功率密度外，所有Z和t的观察值均在接受域范围之内。因此，有95%的把握预言百货商店照度水平、电器专卖店照度水平和照明功率密度存在显著的地域性差异；而商业步行街、超市、地下停车场照度水平和照明功率密度、百货商店照明功率密度以及购物中心总照明功率密度不存在显著的地域性差异。可能原因是购物中心整体照明设计的主导者是开发商而不是各零售企业的经营者，且所有购物中心的实测样本均属于同一品牌旗下。开发商委托建筑设计院根据国家规范进行设计，所以整体而言不存在显著的地域性差异。

致谢：本研究得到清华大学建筑学院李晓峰团队的大力支持，特此鸣谢。

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